弹齿滚筒式棉桃采摘装置的设计研究

发布时间：2020-06-24 21:58

【摘要】：棉花是我国重要的经济作物和战略物资,在国民经济和社会发展中占有重要地位。新疆作为我国主要三大棉花产区之一,已成为我国最大的国家级商品棉基地和最重要的优质棉产区。但是,由于成本的原因,未能吐絮的棉桃大多废弃不收,尤其是棉花机械化采收后废弃的棉桃浪费十分严重。本文在分析棉桃收获机械国内外研究现状的情况下,借鉴国外成熟机型,根据新疆的棉花种植特点,设计了弹齿滚筒式棉桃采摘装置,并对采摘装置进行运动学和动力学仿真分析,优化结构,通过采摘试验,得到采摘装置的结构参数和运动参数的最优组合。主要研究内容如下:(1)对棉桃的物理机械特性进行测定。实地测量了棉花的种植模式以及棉桃的形状、直径、质量、含水率等特性;通过电子万能试验机测得棉桃果柄与茎秆的连接力以及棉桃与果柄的连接力;通过试验测得棉桃的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数、棉桃的弹性模量等参数。(2)对采摘装置的采摘原理和运动过程进行了分析,得到弹齿端点运动的轨迹方程;针对棉桃采摘装置工作状态和非工作状态两种情况进行了受力分析,为后文采摘装置的仿真分析提供力学基础;依据第二章得到测量数据,对采摘装置的关键部件如机架、滚筒、弹齿、过桥、液压缸、传动系统进行结构设计。(3)通过Adams运动学仿真软件模拟了弹齿与棉桃采摘碰撞过程,得出随着滚筒转速增大,碰撞力随之增大,并得出滚筒转速的合理范围在150r/min-230r/min;通过ANSYS有限元分析软件分析了采摘装置在弯曲工况下机架最大应力为52.11MPa,最大位移值为0.998mm,在极限扭转工况下机架最大应力为102.5MPa,最大形变量为3.14mm,皆满足设计要求;分析采摘时弹齿的最大应力??105Mpa,最大位移为1.58mm,满足设计要求;通过EDEM离散元仿真软件的仿真分析,得到了采摘过程中任意一颗棉桃的运动轨迹及运动过程中的速度大小变化,并根据棉桃的运动轨迹优化护板。(4)通过单因素试验确定了棉桃采摘装置的较优参数,并通过正交试验的极差分析和方差分析得到采摘装置结构参数和运动参数的最优组合,即:当弹齿间距为50mm,采摘装置进给速度为1.5m/s,滚筒的转速为200r/min时采摘装置的采净率达到最大94.78%,含杂率达到最小为7.54%。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S225.911
【图文】：

棉桃,机器,梳齿,栽培制度

第一台摘棉桃机大概在 1914 年出现在德克萨斯州西北部，因为德克萨斯西北部摘桃的收获习惯，这种机器的工作部件是梳齿，梳齿是铁丝做成，机器通过棉行齿把棉桃摘下，由于这种机器工作质量很差，采下的棉桃含铃壳、果枝、叶片等多，所以没能推广使用[10][11]。1932 年至 1942 年，在美国由于经济危机，及其随之而来的生产衰退，使大量劳业，所以廉价劳动力相对增加。在这段时间摘棉桃机使用很少，其结构和原理都著的改进[13]-[16]。1943 年在德克萨斯州西北部的高原地区，农户们又重新使用自桃工具和新的双行的拖拉机悬挂的摘棉桃机，这种摘棉桃机的采摘部件是二个回行摘辊，其中一个摘辊是可移动的固定在弹簧上，摘辊相对旋转摘下棉桃[17]。近十余年来摘棉桃机在原理上没有什么变化，但在机器上采用了液压和自动控制术[18]。由于这种机器结构比较简单，收获成本低，在棉花收获中一直占有较大比重棉桃机各种原理中，摘辊式发展比较快，尤其是毛刷摘辊出现以后，梳指式摘棉渐淘汰，但是迪尔公司还保留了一种牵引式梳指式摘棉桃机[19]。另外，近年来窄栽培制度在美国得到了普遍重视和推广，迪尔公司和阿利斯—查默斯公司的摘都可以装窄行摘棉桃附件，主要代表型号为 760XTB 型摘棉桃机和迪尔 99 型水采棉机改装的摘桃机，如图 1-1、1-2 所示[20]-[23]。

棉桃,收获机,棱形,前苏联

【参考文献】